CN1738947A - 施工目标指示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种施工目标指示装置(30)，用于为建筑机械(1)的操作者显示便于操作的信息。在此施工目标指示装置(30)中，设置在建筑机械(1)的驾驶室中的激光测距装置(20)自动测量施工面(15)和基准标记(17)以及铲斗(6)的实时位置；计算装置(32)计算施工面(15)和铲斗(6)的截面形状，以及计算对应于目标坡面的假想线，并且产生表示施工面(15)和铲斗(6)的截面形状和假想线的图像；显示装置(34)将此图像显示在显示屏上。操作者可以通过沿着显示图像上的假想线移动铲斗(6)来进行正确的挖掘作业。

Description

施工目标指示装置

技术领域

本发明涉及施工目标指示装置，这种装置可使用在通过液压挖掘机等作业机械进行的施工面的挖掘作业等中。

背景技术

在过去，例如，为了在土木作业现场，将挖掘场所指示给液压挖掘机等作业机，被称为“定位桩”或“导向杆(トンボ)”的基准标记(栓系在表示基准面和线等的桩子以及桩子之间的绳子等的临时设置物)设置在土木作业现场中。通过将液压挖掘机的铲斗底部和铲斗刃部等与所设置的基准标记对准，进行作业机的操纵。但是，在过去实施的施工方法中存在这样的问题，即，随着铲斗离开基准标记，目标将看不见，从而与目标之间就产生了位置偏差、降低了施工精度。

为了解决此问题，人们提出的方案有：通过进行普通的杆操作可以使作业机直线移动，而且通过与杆的位移量几乎成正比的速度，作业机操作和微操作的切换可以简单地进行的作业机操作装置(参照专利文献1)，和设置水平的外部基准从而进行挖掘施工的坡面挖掘控制装置(参照专利文献2)。

如图1所示，对于专利文献1所述的作业机操作装置，如果对与设置在控制装置40内的切换开关41～43连接的模式切换开关44进行操作，则杆位移传感器45、46的输出信号将输入直线模式控制部47中，并通过直线模式控制部47将控制指令信号输出给吊杆驱动系统48、臂驱动系统49、铲斗驱动系统50。由此，可使铲斗转动支点或铲斗刃部直线移动。

对于专利文献1所述的作业机操作装置，可以进行圆弧式控制方式，此圆弧式控制方式与操作杆51、52的操作方向和操作量，以及构成作业机的各要素的摆动相对应；和直线式控制方式，该直线式控制方式根据操作杆51、52的操作方向和操作量，使铲斗的转动支点或铲斗刃部上下方向或前后方向直线移动，而且仅仅通过模式切换开关44的操作，就可以对上述两种控制方式进行切换。

因此，在作业机中不需要为了直线控制而特别增加操作系统，通过过去已使惯了的通常的杆操作，就可以进行直线控制。另外，对于直线模式，通过一般的作业机操作，就可以将铲斗的转动支点或铲斗刃部向上下方向或前后方向移动。由此，由于杆操作没有不适合感，并且通过杆操作量还可以对作业机进行无级调速。因此，对于使用直线模式的作业较频繁的水平挖掘和垂直挖掘具有以下优点，即，以极其简单的操作就可以很容易地应付，从而可以提高作业效率。

另外，如图2所示，对于专利文献2所述的坡面挖掘控制装置，沿着目标坡面前进方向，将外部基准60设置在水平方向上，并通过设置在操纵席的操作器对从外部基准60到目标坡面上的基准点的垂直距离hry、水平距离hrx、目标坡面的角度θr进行设定。在使设置在铲斗前端的前面基准61与外部基准一致的状态下，通过导通外部基准设定开关，控制装置计算从车体中心O到外部基准的垂直距离hfy、水平距离hfx，并且将这些值作为校正值计算相对于车体中心O的目标坡面的基准点的垂直距离hsy、水平距离hsx；根据该值和用设定器输入的角度对以车体62为基准的目标坡面进行设定，以此进行区域限制的挖掘控制。由此，即使由于车体的横向移动引起车体和已设定的斜面之间的位置关系发生变化，也可无差别地挖掘形成坡面。

专利文献1：特开平5-295754号公报

专利文献2：再公表特许(再公布的专利)98/036131号公报

发明内容

对于专利文献1所述的作业机操作装置，虽然作业机可进行直线控制，但是，为了直线进行控制，在作业机的活动部中必须分别设置吊杆角度传感器、臂角度传感器、铲斗角度传感器。另外，对于专利文献2所述的坡面挖掘控制装置，准确地水平设置外部基准60的作业比较烦琐，而且机械操纵者必须用肉眼高精度地使位于远处的铲斗基准61和外部基准60对准，无法简单地进行操作。

本发明的目的在于提供一种可以给操作者显示信息的装置，该装置结构简单，并自动测量施工面的地形和基准标记的位置从而使作业机的操作变得更容易。

根据本发明，一种对作业机的操作者进行指示的装置，包括：测量装置，在作业机进行作业的期间，测量作为当前的作业对象的施工面和位于施工面的附近的其它物体的位置；基准点检测部，从测量装置测量的施工面和其它物体的位置中，检测相当于设置在施工面的附近的基准标记的基准点；假想线计算部，根据基准点检测部检测的基准点，计算与应该形成的目标面相应的假想线；显示数据制作部，根据测量装置测量的位置和假想线计算部计算的假想线，制作出用于显示至少表示施工面和假想线位置的图像的显示数据；显示装置，接受来自上述显示数据制作部的上述显示数据，并将上述图像显示在显示画面上。因此，作为当前的作业对象的施工面的位置和相当于应该形成的目标面的假想线的位置可以显示在显示画面上。由于作业机的操作者可以从显示的图像中判断施工面和目标面之间的位置关系，所以可以很容易地判断应该如何对作业机进行操作并对施工面施加何种程度的加工。

由测量装置检测的位于施工面的附近的其它物体的位置也可以与施工面和假想线的位置一起显示。在检测的其它物体中通常包括设置在施工面附近的基准标记和直接作用于作业机的施工面的作用部件(例如，液压挖掘机情况下的挖掘铲斗)等。由于人的图案辨别能力非常高，所以通过观察显示图像，操作者可以很容易判断哪一个是作用部件，哪一个是施工面，哪一个是假想线，并且很容易判断应该以何种方式移动作业机。

在优选的实施方式中，可以计算由测量装置检测的施工面和其它物体(基准标记和作用部件等)的截面形状，也可计算假想线，而且，表示施工面、其它物体的截面形状和假想线的图像可以显示在显示画面上。

上述测量装置可以按照在作业机移动或者转换方向时与作业机一起移动或者转换方向的方式设置。由此，通过作业机移动或者转换方向，施工面也进行移动，经常位于当前的施工面和施工面附近的其它物体的位置可以被测量，该当前的施工面和假想线的位置可以显示在显示画面上。

测量装置可以连续检测施工面和其它物体的位置。由此，在通过作业机进行作业的期间，施工面和假想线的实际的实时位置显示在显示画面上。

上述基准点检测部可以从测量装置测量的施工面和其它物体的位置中，自动地检测满足规定的几何学条件的位置作为基准点。或者，基准点检测部还可以从测量装置测量的施工面和其它物体的位置中，检测由操作者指定的位置作为基准点。

可以通过检测作为基准点的多个位置，并使假想线通过该多个基准点的方式来计算该假想线。

本发明的指示装置还可以包括作用部件检测部，其检测作业机的上述作用部件的位置。根据所检测的作用部件的位置，与施工面和假想线的位置一起，作用部件的位置也可以显示在显示画面上。

作为检测作用部件的位置的方法，可以采用从测量装置测量的施工面和其它物体的位置中通过例如图案匹配或者区域判断等处理来检测相当于作用部件的位置的方法。或者，可以通过安装在各部件上的位移传感器测定作业机具有的多个部件的位移，从测定的多个部件的位移中求出作用部件的位置。

而且，也可以利用规定的偏移量对所检测的作用部件的位置进行校正，并将所校正的作用部件的位置与施工面和假想线的位置一起显示。在优选的实施方式中，通过测量装置测量作为液压挖掘机的作用部件的挖掘铲斗的内侧面的位置，采用挖掘铲斗厚度的偏差量对该内侧面的位置按照基本相当于挖掘铲斗的外侧面的位置的方式进行校正。而且，被校正的挖掘铲斗的内侧面的位置与施工面和假想线的位置一起显示。操作者可以正确地掌握作用部件的位置。

也可以对操作者的要求进行应答，将施工面和假想线之间的位置偏差进行放大，也就是进行强调显示。由此，操作者可以容易地对作业机进行更准确的操作。

根据本发明另外的方面，用于对具有作业机的建筑机械的操作者进行指示的装置包括：测量装置，按照在建筑机械移动或者该作业机转换方向时，与作业机一起移动或者转换方向的方式安装在建筑机械上，在作业机进行作业的期间，测量作为当前的作业对象的施工面和位于施工面附近的其它物体的位置；基准点检测部，从测量装置测量的施工面和其它物体的位置中，检测与设置在施工面的附近的基准标记相应的基准点；假想线计算部，根据由基准点检测部检测的基准点，计算与应该形成的目标面相应的假想线；显示数据制作部，根据由测量装置测量的位置和由假想线计算部计算的假想线，制作出用于显示至少表示施工面和假想线的位置的图像的显示数据；显示装置，接受来自显示数据制作部的显示数据，并将上述图像显示在显示画面上。

根据本发明又一方面，用于对作业机的操作者进行指示的方法包括：测量步骤，在作业机进行作业的期间，测量作为当前的作业对象的施工面和位于上述施工面的附近的其它物体的位置；检测步骤，从所测量的施工面和其它物体的位置中，检测相当于设置在施工面附近的基准标记的基准点；计算步骤，根据所检测的基准点，计算与应该形成的目标面相应的假想线；显示步骤，根据所测量的位置和所计算的假想线，制作出用于显示至少表示施工面和假想线的位置的图像，并将其显示在显示画面上。

附图说明

图1是现有例的作业机驱动系统的简要结构图；

图2所示的是现有例的作业状态简图；

图3所示的是根据液压挖掘机坡面挖掘状态的一个例子的立体图；

图4所示的是安装在液压挖掘机上的本发明一个实施例的施工目标指示装置结构的方框图；

图5所示的是施工目标指示装置的计算装置32的功能结构方框图；

图6所示的是采用激光测距装置检测某一物点的垂直坐标的方法图；

图7所示的是在显示画面上显示的施工面截面图像的例子的图；

图8所示的是第一基准点的设定方法的图；

图9所示的是第二基准点的设定方法的图；

图10所示的是假想线的设定方法的图；

图11所示的是自动检测基准点、设定假想线的处理流程图；

图12所示的是自动检测铲斗、校正铲斗形状的处理流程图；

图13所示的是图案匹配的流程图；

图14所示的是地形截面图像的显示例的图；

图15所示的是强调显示地形截面图像的一部分的例子的图；

图16所示的是地形截面强调显示的算法的图；

图17是地形截面强调显示的算法的说明图；

图18是地形截面强调显示的算法的说明图。

附图标号说明

1液压挖掘机    2上部旋转体            3驾驶室

5臂            6铲斗                  7下部行走体

15施工面       16桩子                 17绳子

20测距装置     21地形线(施工面的截面形状)

22a、22b基准点(相当于基准标记的点)

23假想线       25激光测距装置         26扫描区域

28坡面         30施工目标指示装置     32计算装置

34显示装置     36输入装置

具体实施方式

下面，根据附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。

图3所示的是通过安装有本发明的施工目标装置的一个实施方式的建筑机械(例如液压挖掘机)挖掘坡面的状况例子的立体图。对于图3所示的工地现场跟前一侧的区域，液压挖掘机1的挖掘已结束，并已经形成有坡面28。在该工地现场的里侧区域中，在铲斗6的下方存在作为当前挖掘对象的施工面15。在施工面15的上方附近，事先设置有基准标记(多根桩子16以及栓系在桩子16之间的一对绳子17等，即所谓的“标桩”)。这些基准标记经过的面，尤其是一对绳子17对通过挖掘所应该形成的目标的坡面进行指示。也就是说，在目标坡面的延伸面上设置有一对绳子17。

液压挖掘机1包括：下部行走体7，其用来移动液压挖掘机1；和上部旋转体2，其在下部行走体7上可在水平方向进行方向转换(旋转)。上部旋转体2包括驾驶室3和作业机。作业机包括：吊杆4；安装在吊杆4前端的臂5；安装在臂5前端的铲斗6。吊杆4、臂5、铲斗6分别通过液压缸驱动。操作者可以沿着由基准标记16、17所指示的目标区域移动作为作业机的对施工面15直接作用的部件的铲斗6，从而对施工面15进行正确挖掘。

作为本发明的施工目标指示装置的一部分的测距装置20安装在液压挖掘机1的驾驶室3的上部。通过上部旋转体2的旋转，测距装置20与驾驶室3和作业机一起旋转。如果液压挖掘机1移动，则测距装置20与液压挖掘机1一起移动。作为测距装置20，例如可使用激光测距装置。该激光测距装置(测距装置20)通过向在水平旋转角中相当于驾驶室3的正面前方的角度方向照射激光束，并以规定的周期使该激光束的仰角经常变化，用激光束对在驾驶室3的正面前方展开的扇形扫描区域26进行经常扫描。在扫描区域26内存在作为当前挖掘对象的施工面15。在扫描区域26内还存在施工面15附近的基准标记16、17和铲斗6。该激光测距装置(测距装置20)接收由扫描区域26内的施工面15、基准标记16、17和铲斗6所反射的激光束，而且，测定这些物体各部的位置(即，距离和仰角)。表示从该激光测距装置(测距装置20)输出的扫描区域26内的施工面15及其它物体(基准标记16、17、铲斗6等)的各部的位置(距离和仰角)的测定数据可以通过本发明的施工目标指示装置进行处理。

图4示出了安装在液压挖掘机1上的本发明施工目标指示装置的一个实施方式的结构。

如图4所示，施工目标指示装置30包括上述测距装置20(激光测距装置)、计算装置32、显示装置34、输入装置36。如上所述，测距装置20(激光测距装置)将表示扫描区域26内的施工面15、基准标记16、17以及铲斗6各部的位置信息(距离和仰角)的测量数据输出给计算装置32。

计算装置32可以通过例如具有存储程序的存储装置和执行该程序的CPU的计算机实现。计算装置32根据由来自测距装置20的测量数据表示的施工面15、基准标记16、17以及铲斗6各部的位置(距离和仰角)，对沿着施工面15、基准标记16、17以及铲斗6的垂直面的截面形状(轮廓形状)进行计算。而且，计算装置32从所计算的施工面15、基准标记16、17以及铲斗6的截面形状数据中制作表示施工面15、基准标记16、17以及铲斗6的截面形状图像的显示数据。计算装置32将此显示数据输出至显示装置34。显示装置34例如为液晶显示面板，设置在驾驶室3中操作者容易看到的地方。显示装置34对显示数据进行应答，并将施工面15、基准标记16、17以及铲斗6的截面形状的图像显示在显示画面上。

显示在显示装置34中的铲斗6的截面形状通常并不是铲斗6的外侧面而是其内侧面的截面形状。这是因为朝向驾驶室3上的测距装置20的不是铲斗6的外侧面，而是其内侧面。但是，由于挖掘作业不是用铲斗6的内侧面而是用其外侧面进行，所以对操作者来说，希望在显示画面上显示的是铲斗6的外侧面的截面形状，而不是铲斗6的内侧面的截面形状。因此，在计算装置32中，通过将铲斗6的内侧面的位置向外侧方向移动相当于铲斗6的壁厚的偏移量，从而可以在显示画面上铲斗6的外侧面存在的位置，显示铲斗6的截面形状图像。

输入装置36是一种指示装置，用来使操作者指定在显示画面上显示的施工面15、基准标记16、17以及铲斗6的截面形状图像中的所希望的部分。作为输入装置36，例如，可以采用组装在显示装置34的显示画面上的触摸面板、用来对显示在显示画面上的光标进行操作的鼠标、和或组装在显示装置34上或者与显示装置34连接的键盘(各种开关)等。

另外，测距装置20并不仅限于上述的激光测距装置。作为测距装置20可以采用可自动测量施工面15及其附近的物体的截面形状或者位置的其它各种装置。例如，可以采用发射声波等检测距离的测距装置。或者，也可以采用激光测距以外的光学方法检测施工面的截面形状的装置。或者，也可以采用以多个摄像机或者一个摄像机获得从不同的视点观察施工面的多个图像信息，并从这些图像信息检测施工面的截面形状的装置。

测距装置20的安装位置并不限于如图3所示的驾驶室3的上部。可以设置在驾驶室3内，也可以设置在上部旋转体2上的适合的地方。不管设置在哪里，测距装置20与上部旋转体一起旋转，与液压挖掘机1一起移动。测距装置20以规定的周期对扫描区域26内进行经常扫描，检测施工面15及其附近的基准标记16、17以及铲斗6的实际的实时位置。由此，在显示画面上显示施工面15、基准标记16、17以及铲斗6的实际的实时截面形状图像。操作者可以在挖掘作业开始时、挖掘作业过程中和挖掘结束时的任何时候对当前的铲斗6的位置是否合适，挖掘作业是否正确地进行等情况在显示画面上进行简单地确认。

图5示出了图4所示的施工目标指示装置的计算装置32的功能结构。

如图5所示，计算装置32包括：坐标变换部100、基准点检测部102、假想线计算部104、铲斗检测部106、铲斗形状校正部108、显示数据制作部110以及输入坐标确定部112。计算装置32的这些功能部100～112可以通过CPU执行程序来实现，或者，也可以通过有线的硬件电路实现。

坐标转换部100将来自测距装置20(激光测距装置)的施工面15、基准标记16、17以及铲斗6的各部的位置(距离和仰角)转变为直角坐标系的坐标值(X坐标值和Y坐标值)。该直角坐标系的原点设定在相对于液压挖掘机1位于规定的相对位置的地方(例如，测距装置20的安装位置、驾驶室3内的驾驶席的位置、或者液压挖掘机1的中心点等)。

基准点检测部102从来自坐标转换部100的施工面15、基准标记16、17以及铲斗6的各部的坐标点中检测与基准标记(即一对绳子17)相应的多个点(例如两个点)的坐标值(以下称之为“基准点”)。该检测可以自动进行。或者，也可以通过输入装置36根据操作者的坐标指定以手动的方式进行。假想线计算部104根据由基准点检测部102检测的多个基准点，对表示通过挖掘应该形成的目标坡面的截面形状线的假想线进行计算。

铲斗检测部106从来自坐标转换部100的施工面15、基准标记16、17以及铲斗6的各部的坐标值中自动检测与铲斗6相应的坐标值组。该检测可以只根据来自坐标转换部100的坐标值以例如图案匹配等的方法进行，或者，也可以利用来自对分别设置在作业机的多个部件(吊杆4、臂5、铲斗6)上的各部件的位移进行检测的位移传感器38(例如，对使吊杆4、臂5、铲斗6的每个移动的液压缸的行程进行检测的行程传感器)的检测信号进行。铲斗形状校正部108通过将由铲斗检测部106检测的铲斗6的坐标值组(表示铲斗6的内侧截面形状)向外侧方向移动相当于铲斗6的规定壁厚量的偏差量，以将其校正为与铲斗6的外侧面的坐标值几乎相同。

显示数据制作部110根据来自坐标变换部100的坐标值、由基准点检测部102检测的基准点、由假想线计算部104计算的假想线、由铲斗形状校正部108校正的铲斗6的坐标值组，制作出用于表示施工面15的截面形状的图像、基准点的图像、假想线的图像以及铲斗6校正后的截面形状的图像的显示数据，并且将此显示数据输出给显示装置34。

显示装置34对此显示数据进行应答，并显示表示施工面15的截面形状、基准点、假想线以及铲斗6校正后的截面形状的图像。此显示图像清楚地表示施工面15、基准点、假想线以及铲斗6的位置关系。

如后面所述，此外，为了使操作者容易看到所显示的假想线和施工面15之间的位置偏差，显示数据制作部110还可以将此位置偏差放大并制作出强调表示的图像的显示数据，将其输出给显示装置34。

输入坐标确定部112对操作者采用输入装置36在显示画面上指定的点的坐标值进行特定。例如在手动的方式检测基准点时，通过输入坐标确定部112确定的坐标值输入基准点检测部102中作为操作者指定的基准点的坐标值。另外，例如，在对所显示的假想线和施工面15之间的位置偏差进行强调显示时，输入坐标确定部112确定的坐标值输入显示数据制作部110中，作为对应该进行强调显示的显示图像内的区域进行指定的坐标值。

图6示出了利用图5所示的坐标变换部100将来自激光测距装置25的距离和仰角变换成直角坐标值的方法。

如图6所示，可以从与由激光测距装置25测量的物点P的距离Ri和仰角θi中，利用下述计算式，求得该物点P的直角坐标(Xi，Yi)。

(Xi，Yi)＝(Ri·cosθi，Ri·sinθi)

图7示出了显示在显示画面上的图像的一个例子。在图7中，省略了对铲斗6的截面形状图像的显示。

在图7所示的显示图像中，由连续的多个点形成的曲线21为表示施工面15的截面形状(地形表面的位置数据)的地形线。从此地形线21离开并孤立的两个点22a、22b是图1所示作为基准标记的一对绳子17的图像。另外，顺便说明一下，图中用箭头表示的方向为激光测距装置25的扫描方向，但是此扫描方向并不限于该箭头方向，可以是与箭头方向相反的方向，也可以是往返的方向。

如图7所示，以截面形状位于直角坐标系的第二象限的方式显示X轴和Y轴。这意味着在图3所示的工地中表示的是面向施工面15从左侧的视点观察到的截面形状的图像。也可以例如通过对附属于显示装置34但在图中未示出的显示方向切换开关等进行操作，使观察截面的视点从左侧转为右侧(即，将相对于图7中的图像以Y轴为中心对称的图像显示在第一象限中)。

图8至图10说明的是由图5所示的基准点检测部102和假想线计算部104进行基准点的检测和假想线的设定的顺序。

如图8所示，从显示图像中检测相当于基准标记(绳子)的一个点22a，并将其设定为第一基准点。另外，如图9所示，检测相当于别的基准标记(绳子)的别的点22b，将其设定为第二基准点。这样的对基准点的检测可以通过操作者的手动方式进行。即，如果操作者采用输入装置36(例如，组装在显示画面上的触摸面板、对显示在显示画面上的光标进行操作的鼠标等)从显示图像中指定相当于基准标记(绳子)的点，则此点的坐标值通过基准点检测部102登记为基准点的坐标。或者，也可以如后面所述自动检测基准点。

如果设定两个基准点22a、22b，则由假想线计算部104如图10所示，根据基准点22a、22b的坐标值(X1，Y1)、(X2，Y2)从下述关系式中计算假想线23。

Y-Y1＝(X-X1)·(Y2-Y1)(X2-X1)

即，假想线23为通过基准点22a、22b的直线，如上所述，这表示通过挖掘应该形成的目标坡面的位置，也就是表示截面形状。而且，如图10所示，基准点22a、22b和假想线23的图像与施工面15的截面形状的地形线21一起显示在显示画面上。为了容易识别，基准点22a、22b、假想线23和地形线21例如可以用区别的颜色显示。

另外，假想线的计算方法并不局限于对通过上述两个基准点的直线进行计算的方法。例如，可以根据一个基准点和预先设定的基准角度计算假想线。为了使图8至图10所说明的一系列作业的输入操作更容易进行，也可以由计算装置32将指导输入操作顺序的引导信息输出给显示画面。

图8至图10所示的基准点的检测和假想线的设定处理不通过操作者手动的基准点指定的方式进行，也可以全部自动地进行。图11示出了该自动处理的流程。图11所示的处理按照下述方式进行：从由测距装置20测量的施工面15和基准标记16、17等的检测物体的位置中，找出满足规定的几何学条件(例如，从其它位置组离开并孤立的位置)的点，将其作为基准点。

如图7所示的检测物体的截面形状的图像显示在显示画面上之后，在图11的步骤S1中，例如附属于显示装置34的图中未示出的“设定”开关由操作者导通。如果“设定”开关导通，则图5所示的基准点检测部102启动，以i＝1作为初始，进行步骤S2至步骤S8的基准点检测处理。在步骤S2中，从由坐标变换部100变换的坐标组中选择扫描顺序为第i位的一个坐标(Xi，Yi)，并对在以此选择坐标(Xi，Yi)为中心的半径Rd内的扫描顺序中前一位坐标(Xi-1，Yi-1)或者后一位坐标(Xi+1，Yi+1)是否存在进行判断。在以选择坐标(Xi，Yi)为中心的半径Rd内前一位坐标和后一位坐标均不存在时，将此选择坐标(Xi，Yi)判断为相当于从施工面15离开而孤立的一根绳子17(基准标记)(步骤S4)。由此，检测的一根绳子的坐标(Xi，Yi)被设定为第一基准点。

在步骤S2中，在以选择坐标(Xi，Yi)为中心的半径Rd内存在前一位坐标(Xi-1，Yi-1)或者后一位坐标(Xi+1，Yi+1)时，则将此选择坐标(Xi，Yi)判断为相应于施工面15上的点，在步骤S3中，i＝i+1，对于后一位的坐标(Xi，Yi)继续进行步骤S2的判断。

在步骤S4中设定第一基准点后，在步骤S5中，i＝i+1，对于剩下的坐标反复进行与步骤S2、S3相同的算法(步骤S6、S7)，检测相应于另一根绳子17(基准标记)的第二基准点(步骤S8)。

如果在步骤S8中设定第二基准点，则在步骤S9中计算通过两个基准点的直线，如图10所示，将该直线作为假想线23显示在显示画面上。

图12示出了图5所示的铲斗检测部106和铲斗形状校正部108进行铲斗的检测和形状校正的处理流程。

在图12的挖掘作业开始之前，进行设定铲斗6的形状图案的处理(步骤S21至S28)。

在步骤S21中，在铲斗6位于适当的位置时，由测距装置20(激光测距装置25)进行扫描区域26的第一次扫描。在步骤S22中，将第一次扫描所测量的施工面15、基准标记16、17和铲斗6的坐标输入并存储在铲斗检测部106中。然后，在步骤S23中，使铲斗6移动规定距离以后，在步骤S24中，由测距装置20(激光测距装置25)进行第二次扫描。

在步骤S25中，将第二次的扫描所测量的施工面15、基准标记16、17和铲斗6的坐标输入并存储在铲斗检测部(106)中。

在步骤S26中，对第一次和第二次扫描所测量的坐标进行比较。在步骤S27中，将比较结果发生变化的坐标组识别为相应于铲斗6的坐标组，在步骤S28中，将被识别为相应于铲斗6的坐标组存储为表示铲斗6的形状的铲斗图案120。由此，完成铲斗图案的设定处理。

在进行挖掘作业的过程中，以规定的周期反复实施图12的从步骤S31到步骤S36的实时截面形状的显示处理。

在步骤S31中，由测距装置20(激光测距装置25)进行扫描区域26的扫描，在步骤S32中，将此扫描所测量的施工面15、基准标记16、17和铲斗6的坐标输入并存储在铲斗检测部(106)中。在步骤S33中，在预先设定的铲斗图案120和所输入的坐标之间进行图案匹配。由此，提取以具有较高程度的匹配度与铲斗图案120匹配的坐标组，作为与铲斗6相应的坐标组。

此图案匹配可以例如如图13所示的顺序进行。即，在图13的步骤S41中，对所输入的坐标的各组与铲斗图案120之间的匹配度进行计算。在步骤S42中找出匹配度为90％以上的坐标组。如果没有发现这样的坐标组，则在步骤S43中，找出匹配度为80％以上的坐标组。如果没有发现这样的坐标组，则在步骤S44中，找出匹配度为70％以上的坐标组。由此，将某种程度以上(例如70％以上)的匹配度范围分成几个级别，从高级别按照顺序找出具有相当水平的匹配度的坐标组。结果，匹配度最高的坐标组优先检测。不仅如此，即使铲斗6的刃部进入土中时，也可以用图案匹配的方式检测铲斗6露在地上的部分的形状。而且，由此匹配度还可以推测铲斗6的刃部是否进入土中，由此推测结果还可以推定铲斗6进入土中的刃部的位置。

再参照图12，在步骤S34中，在通过图案匹配所检测的铲斗6的坐标组(表示铲斗6的内侧面的截面形状)中对预先设定的铲斗6的厚度的偏差量进行加法计算。由此，对铲斗6的内侧面的坐标组进行校正以表示铲斗6的外侧面的大致位置。

在步骤S35中，根据所校正的铲斗6的坐标、所测量的施工面15的坐标值、所检测的基准点的坐标值、所设定的假想线的坐标值，制作用于表示这些截面形状图像的显示数据。然后，在步骤S36中，对基于此显示数据的图像进行显示。此显示图像如图14所示，显示有施工面15的截面形状21、基准点22a、22b、假想线23和铲斗6的截面形状24。

另外，从所测量的坐标值中检测相当于铲斗6坐标的方法并不限于上述的图案匹配方法，可以采用代替此图案匹配的方法或者与此方法并用的其它方法，例如，可以采用下述的(1)至(3)的方法。

(1)将存在于规定区域内的测量数据看作相当于铲斗6的部分。即，在来自位于驾驶室3上的测距装置20的测定数据中，铲斗6大多存在于从测距装置20观察位于前上方的区域。因此，将存在于此前上方区域内的坐标组看作相当于铲斗6的部分。

(2)采用安装在作业机上的光反射板，对铲斗6的坐标进行确定。即，在作业机(例如，臂5和铲斗6)的确定部位预先安装反光装置。根据测距装置20(激光测距装置)的测量数据，检测这些反光装置，根据这些反光装置的位置关系，对铲斗6的坐标进行确定。

(3)采用安装在作业机上的作业机的多个部件的位移传感器，对铲斗6的坐标进行确定。即，在如图5所示的计算装置32内登记关于铲斗6的形状和作业机(例如，吊杆4、臂5和铲斗6)的结构的数据。在作业机的多个部件(例如，吊杆4、臂5和铲斗6)中预先安装检测各自位移的位移传感器(例如，检测液压缸的行程的传感器)。根据由作业机位移传感器所检测的作业机各部件的位移、作业机的结构、铲斗6的形状，对铲斗6的坐标进行确定。

操作者可以在观察图14中举例说明的显示图像的同时对施工面15进行挖掘作业。在挖掘作业中，为了进行正确的挖掘，操作者有时想对假想线23和施工面15之间的位置偏差进行放大观察。因此，图5所示的显示数据制作部110对于显示画面上操作者指定的区域，具有对假想线23和施工面15之间的位置偏差进行放大也就是进行强调显示的功能。

图15示出了对这种偏差进行强调显示的图像的例子。图15中，在放大显示区域25中，地形截面形状21的凹凸即与假想线23的偏差被放大，也就是说对其进行强调显示。

图16示出了显示数据制作部110进行的此强调显示处理的算法。图17和图18为用来说明此算法的图。

在图16的步骤S51中，如果操作者使用输入装置36对显示画面(图17)上的所希望的强调位置(Xt，Yt)进行指定，则由显示数据制作部110执行步骤S52至步骤S58的处理。

在步骤S52中，以i＝1(初始值)对在以所指定的强调位置(Xt，Yt)为中心的半径Rt内，是否存在相当于施工面15(也就是，既不相当于铲斗6，也不相当于基准点22a、22b)的第i位的地形坐标(Xi，Yi)进行判断。在此，以强调位置(Xt，Yt)为中心的半径Rt是指，相当于图17所示的放大显示区域25。在放大显示区域25内不存在地形坐标(Xi，Yi)时，在步骤S53中，以i＝i+1，反复进行步骤S52和步骤S53的处理，直到在放大显示区域25内发现地形坐标(Xi，Yi)。

如果在放大显示区域25内发现地形坐标(Xi，Yi)，则将该地形坐标(Xi，Yi)登记为放大对象点(Xn，Yn)(步骤S54)，并对该放大对象点(Xn，Yn)执行步骤S55的放大计算的算法。

在步骤S55的放大计算的算法中，如图18所示，将假想线23作为Y＝a*X+b，通过下述算式可以求出与假想线23垂直并通过放大对象点(Xn，Yn)的直线以及与假想线23的交点(Xc，Yc)(在下述算式中*表示乘法)。

Xc＝(Xn+a*Yn-a*b)(a*a+1)

Yc＝(a*Xn+a*a*Yn+b)(a*a+1)

另外，利用预先设定的放大率E，放大对象点(Xn，Yn)被放大的坐标(Xne，Yne)可以通过下述算式计算。

Xne＝(E*Xn-(E-1)*Xc

Yne＝E*Yn-(E-1)*Yc

只有在被放大的坐标(Xne，Yne)位于放大显示区域25内的情况下，才对被放大的坐标(Xne，Yne)进行显示(步骤S56、S57、S58)。对于在放大显示区域25内发现的所有的地形坐标(Xi，Yi)反复进行步骤S54至S57的处理。

作为以上的处理结果，如图17所示，对地形截面形状图像的一部分进行放大、也就是对所强调的图像进行显示。操作者可以通过在观察该强调图像的同时对施工面进行挖掘，从而形成与假想面23高精度一致的坡面。

根据以上所说明的本发明的实施方式，测距装置20设置在相对于作业机在旋转方向上可以经常保持一定的相对位置关系的部位上，例如，设置在驾驶室，而且，经常进行扫描，并对施工面、基准标记和铲斗的实际的实时位置进行测量。因此，即使液压挖掘机1相对于绳子17朝向与其不平行的方向移动，也能够经常将当前的施工面和表示目标坡面的假想线显示在显示画面上。操作者可以容易地进行高精度的挖掘作业。

在自动对基准点进行检测的情况下，在空间上位于离开施工面的位置的物体可以作为基准点进行检测。因此，在工程现场，可以通过将例如标桩等基准标记设置在空间上离开施工面的位置上，从而对基准点进行自动检测，并对假想线进行自动设定。

由测距装置所测量的铲斗的内侧面的截面形状通过预先设定的铲斗厚度的偏差量进行校正，从而形成基本相当于铲斗的外侧面的截面形状。通过将校正所获得的铲斗的外侧面的截面形状与施工面的截面形状一起显示。操作者可以正确地掌握通过铲斗怎样对施工面进行挖掘。

另外，根据需要，可以对假想线和施工面的位置偏差进行放大，也就是进行强调显示。由此，操作者可以更正确地进行挖掘。

在上述实施方式中，将形成坡面的挖掘作业的情况作为例子进行了说明，但是本发明也可以适用于形成坡面以外的其它目的的挖掘作业。另外，本发明的施工目标指示装置不只限于挖掘作业，还可以适用于利用截面形状和所希望的假想线之间的位置关系进行作业的机械，例如，查找建筑物等的突出情况等的装置等。本发明的施工目标指示装置可以作为作业机的一部分在制造时组装在作业机中，或者，也可以是一种独立于作业机的产品，可以单独安装在作业机上。不管怎样，如果采用本发明的施工目标指示装置，则即使是不具有如专利文献1或专利文献2所公开的控制装置的作业机，也能够进行正确的作业。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是该实施方式只不过是用来说明本发明的例子，其宗旨不是要将本发明的范围限定在该实施方式中。本发明可以在不脱离其主要内容的情况下以其它的各种方式实施。

Claims (14)

1.一种对作业机的操作者进行指示的装置(30)，其特征在于，包括：

测量装置(20)，在所述作业机进行作业期间，测量作为当前作业对象的施工面和位于所述施工面附近的其它物体的位置；

基准点检测部(102)，从所述测量装置测量的所述施工面和其它物体的位置中，检测相当于设置在所述施工面附近的基准标记的基准点；

假想线计算部(104)，根据所述基准点检测部检测的所述基准点，计算与应该形成的目标面相应的假想线；

显示数据制作部(110)，根据所述测量装置测量的所述位置和所述假想线计算部计算的所述假想线，制作用于显示至少表示所述施工面和所述假想线的位置的图像的显示数据；

显示装置(34)，接受来自所述显示数据制作部的所述显示数据，并将所述图像显示在显示画面上。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述显示数据制作部(110)制作所述显示数据，以显示既表示所述施工面和所述假想线的位置又表示所述其它物体位置的图像。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量装置(20)按照在所述作业机移动或者转换方向时与所述作业机一起移动或者转换方向的方式设置，由此，即使由于所述作业机移动或者转换方向引起所述施工面移动，也可以对所述施工面和位于所述施工面附近的其它物体的位置进行测量，并显示表示所述施工面和所述假想线的位置的图像。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量装置(20)连续检测所述施工面和其它物体的位置，由此，表示所述施工面和所述假想线的实际的实时位置的图像被显示在显示画面上。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基准点检测部(102)从所述测量装置测量的所述施工面和其它物体的位置中检测满足规定的几何学条件的位置作为所述基准点。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基准点检测部(102)从所述测量装置测量的所述施工面和其它物体的位置中检测由所述操作者指定的位置作为所述基准点。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述基准点检测部(102)从所述测量装置测量的所述施工面和其它物体的位置中检测多个位置作为所述基准点，

假想线计算部(104)按照所述假想线通过所检测的所述多个基准点的方式计算所述假想线。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

还包括：作用部件检测部(106)，其对作用于所述作业机的所述施工面的作用部件(6)的位置进行检测，

所述显示数据制作部(110)根据由所述作用部件检测部检测的所述作用部件的位置，制作所述显示数据，以显示既表示所述施工面和所述假想线的位置又表示所述作用部件的位置的图像。

9.根据权利要求8所述的施工目标指示装置，其特征在于，

所述作用部件检测部(106)从所述测量装置测量的所述施工面和其它物体的位置中检测所述作用部件的位置。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，

还包括作用部件位置校正部(108)，其利用规定的偏差量对由所述作用部件检测部检测的所述作用部件的位置进行校正，

所述显示数据制作部(110)根据由所述作用部件位置校正部校正的所述作用部件的位置，制作所述显示数据，以显示既表示所述施工面和所述假想线的位置又表示所述作用部件的校正位置的图像。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

在所述作业机上设置有对所述作业机的多个部件的位移进行测定的位移传感器，

所述作用部件检测部(106)根据由所述位移传感器测定的所述多个部件的位移对所述作用部件的位置进行检测。

12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述显示数据制作部(110)对所述操作者的要求进行应答，制作强调显示数据，所述强调显示数据用于显示将所述施工面和所述假想线之间的位置偏差进行放大表示的强调图像，

所述显示装置(34)接受来自所述显示数据制作部的所述强调显示数据，并显示所述强调图像。

13.一种对具有作业机的建筑机械的操作者进行指示的装置(30)，其特征在于，包括：

测量装置(20)，按照当所述建筑机械移动或者所述作业机转换方向时与所述作业机一起移动或者转换方向的方式安装在所述建筑机械上，在所述作业机进行作业的期间，对作为当前的作业对象的施工面和位于所述施工面附近的其它物体的位置进行测量；

基准点检测部(102)，从由所述测量装置测量的所述施工面和其它物体的位置中，检测相当于设置在所述施工面附近的基准标记的基准点；

假想线计算部(104)，根据由所述基准点检测部检测的所述基准点，计算与应该形成的目标面相应的假想线；

显示数据制作部(110)，根据由所述测量装置测量的所述位置和由所述假想线计算部计算的所述假想线，制作用于显示至少表示所述施工面和所述假想线位置的图像的显示数据；

显示装置(34)，接受来自所述显示数据制作部的所述显示数据，并将所述图像显示在显示画面上。

14.一种对作业机的操作者进行指示的方法，其特征在于，包括：

测量步骤，在所述作业机进行作业的期间，对作为当前作业对象的施工面和位于所述施工面附近的其它物体的位置进行测量；

检测步骤，从所测量的所述施工面和其它物体的位置中，对相当于设置在所述施工面附近的基准标记的基准点进行检测；

计算步骤，根据所检测的所述基准点，计算与应该形成的目标面相应的假想线；

显示步骤，根据所测量的所述位置和所计算的所述假想线，制作用于显示至少表示所述施工面和所述假想线的位置的图像，并将其显示在显示画面上。

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